От угля к космической энергетике
«Уровень материальной культуры человечества в первую очередь определяется использованием источников энергии. Именно она многократно увеличивает могущество людей» – так говорил академик Пётр Капица – отец известного в советское время учёного и ведущего популярной телепередачи «Очевидное-невероятное» Сергея Капицы. Однако с энергией на нашей планете сегодня происходят вещи воистину невероятные.
Затмение
Вот типичная картинка из современной жизни. Улицы и дома погружены во мрак, кругом автомобильные пробки. Тысячи людей застряли в лифтах. В неподвижных вагонах метро темно и душно – отключена вентиляция. Хирурги заканчивают операцию при свечах. Аэродромы в темноте. Паника, начинаются грабежи…
Такое и прежде не раз случалось: ноябрь 1965 года – Нью-Йорк, Бостон, Монреаль, северо-восточные штаты США и юг Канады; декабрь 1978 года – Франция, от Ла-Манша до Пиринеев, от Атлантики до Альп. Гигантские города, целые штаты и департаменты тонули во мраке. Причина – аварии в крупной энергосистеме.
В июле 1981-го без электричества остались свыше 150 000 жителей Нью-Йорка. В результате взрыва и пожара на одной из электростанций компании «Консолидейтед Эдисон» целый район – Стойетен Айленд погрузился во мрак. Напуганные жители, опасаясь повторения «великого затмения» (так назвали нью-йоркскую катастрофу 1977 года), с электрическими фонариками, керосиновыми лампами вышли на улицы, где провели всю ночь. И опять грабежи…
Трагические, но наглядные доказательства главенствующей роли энергетики в современной цивилизации.
Вот уже больше 200 лет учёные отмечают так называемый непрерывный экспоненциальный рост нашей цивилизации. Закон экспоненты очень распространён в природе. Описываемые им явления похожи на взрыв. Сегодня мы живём в эпоху взрывов – индустриального, информационного и энергетического… Каждые 20 лет потребление энергии увеличивается.
Сейчас можно строить только гипотезы, сколь долго продлится эра «неограниченной экспансии». Возможно, что такая стратегия для некоторых цивилизаций – норма поведения. Именно длительность взрывной фазы определяет достижимый для цивилизации барьер развития.
На практике экспоненциальный рост – это выход в космос и освоение сначала ближнего, а затем дальнего его частей. Превращение человечества в космическую цивилизацию предвидел ещё Константин Циолковский. Если стремительный темп роста сохранится в течение нескольких миллионов лет, то цивилизация, подобная земной, освоит всю Галактику, овладеет её энергией. Причём процесс её освоения будет связан с астроинженерной деятельностью – преобразованием на разумной основе звёзд и межзвёздной среды.
По классификации советского астрофизика Николая Кардашева, галактическая цивилизация – это уже сверхцивилизация, или цивилизация третьего типа. Человечество отнесено к первому типу – она овладела (или овладевает) энергией в масштабах своей планеты, второй тип – это цивилизация, овладевшая энергией своего солнца. При нынешних темпах роста земной цивилизации на это потребовалось бы два-три тысячелетия.
Больше – не значит лучше
Стратегия «неограниченной экспансии» возможна. Она не противоречит известным законам природы. Но возможность ещё не означает необходимость!
На это не раз ещё в 70-80-х годах прошлого века обращали внимание советские учёные, в том числе и кандидат технических наук Валерий Родиков. Он писал:
«Пока ещё достоверность прогноза о варианте развития земной цивилизации весьма мала. Мы знаем своё прошлое и настоящее. Установив контакты с внеземными цивилизациями, мы, возможно, узнаем и своё будущее. Только ждать этого события по нашим земным меркам ещё достаточно долго. По прогнозам известного учёного и писателя-фантаста Артура Кларка, первые радиоконтакты с внеземным разумом состоятся между 2030 и 2040 годами» («Загадки звёздных островов», Москва, «Молодая гвардия», 1982 г., стр. 171).
Насчёт «знаний» землянами своего прошлого можно поспорить, но в целом с Родиковым можно согласиться. Что же касается перспектив на ближайшие 100-150 лет, то существующий технологический взрыв скорее всего продолжится, и уже через 200 лет, по оценкам того же В. Родикова, потребление энергии увеличится в 1000 раз.
Но хватит ли природных ресурсов, чтобы следовать такому темпу? Ведь ещё в 1973 году во время разразившегося энергетического кризиса человечество реально почувствовало, что запасы природного топлива не беспредельны.
В 1961-1980 годах планета потребила 45 миллиардов тонн нефти и более 20 триллионов тонн кубических метров газа, что составляет соответственно 80% и 65% от общего количества нефти и газа, уже потреблённых человечеством.
По оценкам учёных, если не рассчитывать на другие виды энергии, то запасы горючих ископаемых будут исчерпаны через 100-150 лет. Не стоит ещё забывать, что у человечества есть потребность использовать большую часть добываемого природного топлива для производства продуктов питания и органического синтеза.
Неслучайно великий русский химик Дмитрий Менделеев часто напоминал своим коллегам: нефть как сырьё ценнее, чем как топливо, жечь её неразумно («топить можно и ассигнациями»). То же самое можно сказать и о природном газе, угле. Сегодня почти 90% добываемых угля, нефти и газа идут на энергетические цели. И только 10% используются химической промышленностью.
Специалисты ЖКХ вам популярно объяснят: сегодня наиболее эффективной мерой борьбы с «топливно-энергетическим дефицитом» является экономия энергии. Около трети всей вырабатываемой энергии идёт на обогрев помещений и горячее водоснабжение. Именно здесь заложены большие резервы для уменьшения тепловых потерь, например, за счёт улучшения теплоизоляции и строительства зданий со значительно сниженным потреблением тепла.
В одном из проектов американские учёные предложили в холодное время года накрывать на ночь своего рода одеялами… целые города. В роли таких одеял должны выступать скопления перистых облаков, которые можно создать искусственно – распылив с самолёта кристаллы йодистого серебра.
Фантастика? Ничуть. В СМИ уже появлялись сообщения об успешных экспериментах в этом направлении.
Дело в том, что в чистом морозном воздухе, насыщенном влагой, такие кристаллы станут центрами образования множества льдинок. И над городом повисает пелена, уменьшающая излучение с земной поверхности. В результате в среднем по величине городе (размером, например, с Саратов или Самару) температура воздуха ночью будет почти на 3 градуса выше, чем обычно. Днём же, распылив ещё одну порцию тех же кристаллов йодистого серебра, можно вызвать сильный снегопад и очистить небо от облаков.
Правда, подобные эксперименты должны пройти тщательную экологическую экспертизу. Неизвестно, например, как выпадение йодистого серебра и вообще иодидов скажется на флоре. Кроме того, концентрация воды в одном месте может привести к её нехватке в другом.
Внедрение новых технологий и современных систем управления с использованием микропроцессоров – значительный резерв экономии энергии. Это насущные задачи сегодняшнего дня.
Грядёт «гелиевая лихорадка»?
Словом, мир ищет энергию и всё чаще обращает свой взор в околоземный космос. Например, на Луну. Уже лет 10 мировые СМИ сообщают о планах России, США и Китая начать добычу на земном спутнике гелия. Почему не на самой Земле?
В работах Валерия Родикова и некоторых других авторов упоминается очень интересный факт. Частицу Солнца, солнечный гелий, в конце 1970-х нашли в глубинах Земли советские учёные. Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий зарегистрировал этот факт как открытие в области геохимии.
Из школьного же курса химии мы знаем, что гелий – инертный газ. Он имеет два стабильных изотопа: лёгкий (гелий-3) и тяжёлый (гелий-4). Солнечный гелий, образующийся в процессе термоядерных реакций, особенно богат лёгким изотопом. После водорода гелий – второй по распространённости элемент во Вселенной. Но на Земле его очень мало: меньше, чем золота. Несмотря на это, в микродозах он встречается везде, даже в человеческом теле.
Согласно современным представлениям, солнечный гелий Земля захватила 4,6 миллиарда лет назад в период своего образования из протопланетного облака. Но на Луне в силу ряда причин, которые сегодня выясняются астрономами и геологами, гелия-3 такие кладовые, которых в качестве топлива для АЭС хватит на десятилетия. Как бы всю Луну не пустить «в расход», не уничтожить как небесное тело на нужды земной энергетики! Конечно, это шутка, но доля правды в ней есть: человек с маниакальной настойчивостью ищет новые запасы энергии именно на прекрасной Селене!
«Лавры» инженера Гарина
Между тем, другие производственники и учёные не хотят ждать пока ещё призрачного «солнечного завтра». Они хотят получить новую энергию сейчас. В своё время прошёл мини-бум геотермальной энергетики. Однако потом волна энтузиазма схлынула: расчёты показали, что тепловая энергия земных недр рентабельна только в районах геотермальных аномалий – областей, где подземное тепло залегает близко от поверхности Земли. К таким местам в бывшем СССР относятся Камчатка, Ставропольский край, Прикарпатские области, Закавказье.
Зато есть «сумасшедшие», готовые построить… магменную электростанцию. А это что за чудо? Чтобы разобраться в таких чудесах, очень полезно читать научную фантастику: идей, в том числе производственных, в этом жанре литературы высказывается предостаточно.
Например, инженер Гарин, герой научно-фантастического романа Алексея Толстого, хотел с помощью теплового луча пробурить скважину до оливинового пояса – получить из его расплавленных недр золото, чтобы править миром.
(Продолжение следует)
